HDFSRPC协议详解

本文主要阐述HDFSRPCserver端一个socket连接接收字节流的构成，帮助读者理解HDFSRPC协议。注意hadoop版本为3.1.1。

写在前面

1. 关于proto写入和读取，使用writeDelimitedTo和read，应该是通用的方式，不作过多的介绍。

2. 处理rpc各种情况以后server都会使用统一的应答格式（包含错误与正确），即

RpcResponseHeaderProto+Message(rpc调用结果，错误时为NULL)
message RpcResponseHeaderProto {
  /**
    * RpcStastus - success or failure
    * The reponseHeader's errDetail,  exceptionClassName and errMsg contains
    * further details on the error
    **/
  required uint32 callId = 1; // callId used in Request
  required RpcStatusProto status = 2;
  optional uint32 serverIpcVersionNum = 3; // Sent if success or fail
  optional string exceptionClassName = 4;  // if request fails
  optional string errorMsg = 5;  // if request fails, often contains strack trace
  optional RpcErrorCodeProto errorDetail = 6; // in case of error
  optional bytes clientId = 7; // Globally unique client ID
  optional sint32 retryCount = 8 [default = -1];
}

RpcStatus的枚举类，注意当使用FATAL时，connection会关闭

 enum RpcStatusProto {
   SUCCESS = 0;  // RPC succeeded
   ERROR = 1;    // RPC or error - connection left open for future calls
   FATAL = 2;    // Fatal error - connection closed
  }

RPC错误的枚举类

enum RpcErrorCodeProto {
   // Non-fatal Rpc error - connection left open for future rpc calls
   ERROR_APPLICATION = 1;      // RPC Failed - rpc app threw exception
   ERROR_NO_SUCH_METHOD = 2;   // Rpc error - no such method
   ERROR_NO_SUCH_PROTOCOL = 3; // Rpc error - no such protocol
   ERROR_RPC_SERVER  = 4;      // Rpc error on server side
   ERROR_SERIALIZING_RESPONSE = 5; // error serializign response
   ERROR_RPC_VERSION_MISMATCH = 6; // Rpc protocol version mismatch
   // Fatal Server side Rpc error - connection closed
   FATAL_UNKNOWN = 10;                   // unknown Fatal error
   FATAL_UNSUPPORTED_SERIALIZATION = 11; // IPC layer serilization type invalid
   FATAL_INVALID_RPC_HEADER = 12;        // fields of RpcHeader are invalid
   FATAL_DESERIALIZING_REQUEST = 13;     // could not deserilize rpc request
   FATAL_VERSION_MISMATCH = 14;          // Ipc Layer version mismatch
   FATAL_UNAUTHORIZED = 15;              // Auth failed
  }

RPC如果成功，会在head写完后，紧接着写入rpc调用结果proto。

Rpc连接数据流说明

连接中接收的数据结构图

connectionHeader

/**
  * The Rpc-connection header is as follows 
  * +----------------------------------+
  * |  "hrpc" 4 bytes                  |      
  * +----------------------------------+
  * |  Version (1 byte)                |
  * +----------------------------------+
  * |  Service Class (1 byte)          |
  * +----------------------------------+
  * |  AuthProtocol (1 byte)           |      
  * +----------------------------------+
  */

任何一个连接都会有connectionHeader，connectionHeader由7个字节组成，内容如上。

关于header的check：第一是check前4个字节是否为hrpc，第二是check version。Check version由于要兼顾老版本，处理起来会比较复杂。

当前正确的Version为9：

  // 1 : Introduce ping and server does not throw away RPCs
  // 3 : Introduce the protocol into the RPC connection header
  // 4 : Introduced SASL security layer
  // 5 : Introduced use of {@link ArrayPrimitiveWritable$Internal} in ObjectWritable to efficiently transmit arrays of primitives
  // 6 : Made RPC Request header explicit
  // 7 : Changed Ipc Connection Header to use Protocol buffers
  // 8 : SASL server always sends a final response
  // 9 : Changes to protocol for HADOOP-8990
  public static final byte CURRENT_VERSION = 9;

Version的错误处理：

String errMsg = "Server IPC version " + CURRENT_VERSION + " cannot communicate with client version " + clientVersion;
String errClassName = "org.apache.hadoop.ipc.VersionMismatch";

Version=1 不处理

Version=2

Version=3~8

Version>9(如果前4个字节不为hrpc，也是此错误)

RpcStatusProto.FATAL

RpcErrorCodeProto.FATAL_VERSION_MISMATCH

errMsg

errClassName

AuthProtocol：

现有两个值：NONE(0),SASL(-33)，现在只使用0，sasl在后续文章中会有解析。

processOneRpc

任何一个rpcRequest都是由head和body组成

Head的结构

message RpcRequestHeaderProto { // the header for the RpcRequest
  enum OperationProto {
    RPC_FINAL_PACKET        = 0; // The final RPC Packet
    RPC_CONTINUATION_PACKET = 1; // not implemented yet
    RPC_CLOSE_CONNECTION     = 2; // close the rpc connection
  }
  optional RpcKindProto rpcKind = 1;
  optional OperationProto rpcOp = 2;
  required sint32 callId = 3; // a sequence number that is sent back in response
  required bytes clientId = 4; // Globally unique client ID
  // clientId + callId uniquely identifies a request
  // retry count, 1 means this is the first retry
  optional sint32 retryCount = 5 [default = -1];
  optional RPCTraceInfoProto traceInfo = 6; // tracing info
  optional RPCCallerContextProto callerContext = 7; // call context
}

关于Head的check

必须有rpcOP；rpcOP必须为RPC_FINAL_PACKET；必须有rpcKind

Head中比较重要的是callId属性，callId<0为特殊包，callId>=0为正常请求包。

callId<0

callId=PING_CALL_ID 不处理只打印日志

callId=CONNECTION_CONTEXT_CALL_ID

一般接收完connectionHeader，第一个RPC就为connectionContext。

connectionContext的结构

message IpcConnectionContextProto {
  // UserInfo beyond what is determined as part of security handshake 
  // at connection time (kerberos, tokens etc).
  optional UserInformationProto userInfo = 2;

  // Protocol name for next rpc layer.
  // The client created a proxy with this protocol name
  optional string protocol = 3;
}
message UserInformationProto {
  optional string effectiveUser = 1;
  optional string realUser = 2;
}

主要是注意用户，hdfs server会把用户名作为connection Map的key。

还要注意connectionContext每个连接一直有一个，并且接收完此rpc以后立刻会接收下个rpc。

callId=AuthProtocol.SASL.callId(-33)

后续安全文章介绍。

callId>=0

需要注意的是如果没有接收connectionContext，将不会接收callId>=0的rpcRequest，否则则报错。

Hdfs server会根据rpcRequest head中的rpcKind，把rpcRequest body变成对应的对象。

enum RpcKindProto {
  RPC_BUILTIN          = 0;  // Used for built in calls by tests
  RPC_WRITABLE         = 1;  // Use WritableRpcEngine 
  RPC_PROTOCOL_BUFFER  = 2;  // Use ProtobufRpcEngine
}

例如当rpcKind=RPC_PROTOCOL_BUFFER

Body=RpcProtobufRequest

RpcProtobufRequest又由RequestHeaderProto和Message(body)组成

RequestHeaderProto的结构

message RequestHeaderProto {
  required string methodName = 1;
  required string declaringClassProtocolName = 2;
  required uint64 clientProtocolVersion = 3;
}

Message(body)一般就是方法的入参。

Server在启动的时候会注册需要用的ProtocolName列表和实现类。例如

ClientNamenodeProtocolPB

ClientNamenodeProtocolPB继承与ClientNamenodeProtocol.BlockingInterface，实际就是ClientNamenodeProtocol.proto中的service定义

service ClientNamenodeProtocol {
  rpc getBlockLocations(GetBlockLocationsRequestProto)
      returns(GetBlockLocationsResponseProto);
  rpc getServerDefaults(GetServerDefaultsRequestProto)
      returns(GetServerDefaultsResponseProto);
 ...
}

ClientNamenodeProtocolPB会有自己的

ProtocolName(org.apache.hadoop.hdfs.protocol.ClientProtocol)和ProtocolVersion(1)。

RequestHeaderProto中包含了declaringClassProtocolName 和clientProtocolVersion 可以找到对应的协议已经实现类，并根据methodName 去调用对应的方法。例如getBlockLocations方法，如下图。

在此方法中最终的RpcProtobufRequest中的Message(body)会format成

GetBlockLocationsRequestProto对象，调用完成后会返回GetBlockLocationsResponseProto。返回格式具体参考统一返回。

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